環(huán)諧振器基于電光聚合物行波調(diào)制器正文翻譯

1、環(huán)諧振器基于電光聚合物行波調(diào)制器Hidehisa Tazawa, Member, IEEE, Member, OSA, Ying-Hao Kuo, Ilya Dunayevskiy, Jingdong Luo, Alex K.-Y. Jen,Harold R. Fetterman, Fellow, IEEE, Fellow, OSA, and William H. Steier, Life Fellow, IEEE, Fellow, OSA作者指出一個環(huán)諧振器的行波調(diào)制器具有電光聚合物AJL8/APC的帶通調(diào)制特性特征。行波電極能夠使一個7GHz的3dB帶寬不受光譜范圍控制的諧振器實現(xiàn)大約28

2、GHz的高效調(diào)制。通過定義一個等效的半波電壓環(huán)調(diào)制器來評估調(diào)制靈敏度。結(jié)果表明，調(diào)制器在微波和毫米波光子學(xué)應(yīng)用的潛力。指數(shù)方面，模擬光鏈路，電光（EO）調(diào)制，電光聚合物，微波光子學(xué)，環(huán)諧振器，波導(dǎo)調(diào)制器。一 引言為了滿足在光傳輸系統(tǒng)中容量增加的需求，不僅要大力研究和發(fā)展一直執(zhí)行的數(shù)字光纖鏈路，還有模擬光纖鏈路。在數(shù)字系統(tǒng)或基帶操作中有必要為一個調(diào)制器在高速通信方面提供很寬的帶寬。另一方面，在模擬系統(tǒng)或帶通操作中，需要調(diào)制器具有載波頻率波段內(nèi)靈敏度高的特性。近來，帶通操作【1】【2】引起了對諧振調(diào)制的極大興趣。諧振電極或光學(xué)共振以降低操作帶寬周圍共振頻率為代價降低驅(qū)動力來增強調(diào)制靈敏度。調(diào)制環(huán)和

3、磁盤微共振是以光學(xué)諧振腔【2】-【6】為基礎(chǔ)的。光學(xué)共振高Q值引起調(diào)制效率的提高，但是rf帶寬被諧振腔的線寬【7】所限制。在這種基帶帶寬下或者射頻頻率等于一個自由光譜范圍（RSF）諧振器帶寬下的調(diào)制器是可操作的。電光聚合物和半導(dǎo)體環(huán)諧振器已經(jīng)證明了【3】-【5】基帶運算?；诤撩状笮〉拟壦徜嚧疟P諧振器的調(diào)制器已經(jīng)證明【2】【6】微波和毫米波的高效率調(diào)制。此外，基于環(huán)諧振器的調(diào)制可以提供一個高三階自由互調(diào)動態(tài)范圍，這是在模擬光鏈路上【8】另一個優(yōu)越性。在本文中，我們已經(jīng)證明了電光聚合物環(huán)形調(diào)制的帶通操作。調(diào)制器的功能如下：1）在FSC下適度Q光學(xué)諧振和調(diào)制能夠使一個7GHz波段實現(xiàn)大約28GHz

4、的高效調(diào)制。2）調(diào)制器是一個波導(dǎo)器件，然而以前的基于鈮酸鋰磁盤諧振器的調(diào)制器則采用棱鏡耦合來輸入輸出光。3）【9】分析中放棄電容采用移動電極顯示FSR頻率的高效調(diào)制。二 基于環(huán)諧振器調(diào)制器的靈敏度為了評估實驗數(shù)據(jù)，我們首先通過比較傳統(tǒng)電光調(diào)制器半波電壓Vttof來定義基于環(huán)諧振器調(diào)制器的靈敏度。環(huán)調(diào)制器原理圖如圖1所示。調(diào)制器由一個總線波導(dǎo)耦合電光材料的環(huán)諧振器組成。幅度的輸出Eout由【10】給出，是環(huán)和波導(dǎo)之間恒定的振幅傳輸，是往返損耗因子，為往返的相位移動。（1）一環(huán)諧振器（2）。當(dāng)=，共振時傳輸為零（=0）。這種情況被稱為臨界耦合，環(huán)的損失和耦合損失相等。對于<，諧振器被認(rèn)定為低

5、于耦合，>，諧振器被認(rèn)定為超過耦合。透射光相位由參數(shù)（1）給出：（）=arg（H（）。（3）圖2顯示了環(huán)諧振器在超過耦合（=0.8，=0.7）和低于耦合（=0.8，=0.9）下的傳輸和相位。在這兩種情況下，共振和相位傳輸下降經(jīng)歷了快速變化隨著共振相位移動往返。如果一個環(huán)諧振腔共振可以電光調(diào)諧，那么環(huán)諧振腔可用于共振傳輸坡度大的強制調(diào)制器（IM）的使用，或者共振快速變換階段的相位調(diào)制器（PM）的使用。如圖3所示，當(dāng)在一半傳輸點貨最大坡度點環(huán)諧振器被偏置時，光輸出強度將隨著一個小的調(diào)制電壓強烈調(diào)制。由于相位在這些偏置點時有一個斜坡，所以強度調(diào)制信號伴隨著一個小的相位調(diào)制，即一個頻率信號11.

6、另一方面，由于光學(xué)共振對稱的T()，在PM操作中，調(diào)制頻率下沒有調(diào)制強度，2下有少量調(diào)制強度。此外，在PM操作中，光學(xué)共振一直光載波。當(dāng)電壓V是一個EO環(huán)時，相位移動用（4）表示，其中o是偏置相位，L是環(huán)周長，o是環(huán)形波導(dǎo)的有效折射率，是自由的空間光波長，是電光系數(shù)，是電極差，是電光重疊積分。電壓V0產(chǎn)生相位移動在一個諧振器往返行程里，同時也是一個單條交互長度L的馬赫增德爾調(diào)制器的V。Vo由材料和器件結(jié)構(gòu)參數(shù)給出。在IM操作中，一個環(huán)形調(diào)制的靈敏度等同于Vim，通過比較一個環(huán)形調(diào)制器斜坡傳輸|dT/dV |max來定義，如【7】一個MZ調(diào)制器。(5)。光共振調(diào)制靈敏度提高是2 × |

7、dT/d|倍。例如，以條件=0.8（臨界耦合）。結(jié)果Vim=0.35V Vo當(dāng)o=0.082時，這是最高點坡度。顯而易見，隨著一個帶寬犧牲較高精度諧振調(diào)制帶來較大提高調(diào)制。在PM操作中，并不是簡單地定義一個參數(shù)V，因為傳輸功率取決于菜蔬，。在臨界耦合條件下，相位斜率，|d/d|=0是無窮的以及透射率T（0）變?yōu)榱?。因此，我們必須定義一個VPM，從而使小信號區(qū)域，傳統(tǒng)相位調(diào)制器同一級別的第一階調(diào)制邊帶具有相同的V。（6）雖然圖2d/d|=0在低于耦合以及高于耦合下有一個反向符號，但是相位斜率符號不影響相位調(diào)制器功能。VPm顯示了最低臨界耦合（=）下每一個。例如，當(dāng)=0.8，VPM=0.45Vo。

8、這相當(dāng)于VPM給出了第一個調(diào)制邊帶的強度|J1(V/VPM)|2，其中J1第一類一階貝塞爾函數(shù)。T（0）是傳播光載波。光載波強度與多次往返方法【9】計算結(jié)果是一致的。因此，我們可以使用等效的VPM來代替常規(guī)相位調(diào)制器的V，因為第一調(diào)制邊帶的強度是相同的。三 電光聚合物行波環(huán)形調(diào)制器光學(xué)顯微鏡下的圖像和制作調(diào)制器的原理截面圖如圖4所示。作為一個行波電極微帶線電極包括高精度環(huán)形光波導(dǎo)諧振器。調(diào)制器由三個聚合物層組成：較低的包層，核心，上覆蓋層。UV15LV（碩士邦德有限公司）在200nm厚的凹底電極襯底上制作了5微米厚的低包層。核心是電光聚合物AJL8/APC【12】。高端非線性AJL8是由一種無

9、定形聚碳酸酯（APC）摻雜得到的。1毫米彎曲半徑和150微米直耦合區(qū)跑道形環(huán)諧振器與2微米差距的總線波導(dǎo)側(cè)向耦合。環(huán)形波導(dǎo)和總線波導(dǎo)是2微米寬度，1微米高度rib，1微米高度slab的脊形波導(dǎo)。在較低的包層使用氧電漿蝕刻溝槽形成波導(dǎo)。4微米厚的上層包層由UFC170A（Uray有限公司）制作。UV15LV，AJL8/APC，和UFC170A的折射率分別是1.51,1.61,1.50。The commercial mode solver【Olympios（C2V）】證實，波導(dǎo)是單模，并且在1毫米彎曲半徑模式下又一個忽略不計的彎曲損耗。在形成頂端電極前，該裝置被冠狀極化調(diào)整成AJL8。2微米厚，1

10、7微米寬真空揮發(fā)和電鍍形成凹凸電極。頂部和底部之間電極差距是10微米。微帶線的特性阻抗預(yù)計將要達(dá)到57。我們來測試調(diào)制器的基本特性。在1.31微米波長時，（新焦點6200）光源是一個可調(diào)諧的激光。通過小核心纖維（UHNA3 Nufern公司）輸入和輸出光耦合。光纖和光纖的接入損耗為-12db，主要是由光纖/波導(dǎo)耦合損耗造成的。如圖5所示，為了利用最大化的張量元件r33的電光系數(shù)和透射光譜，將光的偏振設(shè)置為環(huán)諧振的TM模式。測量激光源的頻率調(diào)制數(shù)據(jù)。半高峰和FSR設(shè)備的全寬分別為5.1ghz，28ghz。因此，實驗值或負(fù)載值Q是4.5*104,精細(xì)度是5.5。由于-14db的消光比存在，所以內(nèi)在

11、Q和波導(dǎo)損失估計分別為7.1*104,4.8db/cm。由于AJL8/APC的材料損失約為2dB/cm，多出來的2.8db/cm是由于制造造成的粗糙側(cè)壁散射損耗。從這個數(shù)據(jù)來看，理論傳輸能力（2）中的參數(shù)為=0.696，=0.783。電光調(diào)諧靈敏度適用于一個三角信號從100Hz到1GHz/V的測量，其中電光調(diào)諧對應(yīng)一個有效的核心層系數(shù)R33=33pm/V電光調(diào)諧。在低頻率調(diào)制下，調(diào)制器Vim和VPM預(yù)計分別為7.5V和11.5V。 四 高頻率調(diào)制實驗 接下來，在光學(xué)頻譜分析儀下(Ando AQ6317B)，我們測量單邊帶調(diào)制電源的高頻調(diào)制響應(yīng)。這種方法通常用來表示告訴調(diào)制器【13】【14】。信

12、號發(fā)生器(Agilent 8244A)產(chǎn)生的正弦調(diào)制信號高達(dá)40GHz。共面探針(Cascade ACP40)發(fā)射信號到信號調(diào)制器微帶上。用50片式電阻(State of the Arts S0202AF)終止微帶。由于S參數(shù)的S11從0到30GHz是小于-10dB的，非常適合阻抗的匹配。每個頻率時微波功率是10dBm。圖6是光譜調(diào)制光在22，28，34GHz時的顯示圖。數(shù)據(jù)表明，在調(diào)制頻率是28GHz（0.16mm）時，是環(huán)形調(diào)制器FSR的單邊值功率峰值。在一個共振的環(huán)形調(diào)制器里，輸入光會被調(diào)整，因為輸入光很容易在每個調(diào)制頻率相同的偏置點重復(fù)。由于相位調(diào)制能夠觀測到邊帶。在共振時，調(diào)制是純粹

13、的相位調(diào)制，而且我們可以比較理論結(jié)果。在其他偏置點，邊帶取決于相位調(diào)制和強度調(diào)制的組合，很難進(jìn)行理論結(jié)果比較。當(dāng)激光輸出功率為-17dBm時，28GHz的-32dBm邊帶強度提供了相當(dāng)于16V的VPM。VPM增幅大于預(yù)測，可能是由于調(diào)制器微帶線路中未知的微波損耗以及微帶損耗，因為在聚合物裝置中光/微波的速度不匹配是可以忽略不計的【15】。為了計算28GHz時的VPM，我們假定調(diào)制器輸入10dBm的微波功率。如圖7所示為28GHz的調(diào)制器光譜偏差。當(dāng)輸入的光信號為調(diào)諧共振光時，由于光學(xué)共振圖顯示15dB的抑制作用，觀察到28GHz的相位調(diào)制邊帶。當(dāng)在半反轉(zhuǎn)點在共振±2.5 GHz (&

14、#177;0.014 nm)調(diào)整輸入光時，觀察到光載波抑制作用大約是3dB，28GHz調(diào)制邊帶，主要是由強度調(diào)制引起的。圖8顯示了當(dāng)相位調(diào)制偏置時，調(diào)制頻率的光邊帶量的依賴性。光輸出強度為沒頻率-17dBm。單邊帶功率顯示在調(diào)制頻率為14GHz時最小，28GHz時最大這個寫著器的非共振功率。檢測到3dB帶寬的信號功率與3dB帶寬的邊帶功率是相同的。從圖8可以看出，3dB帶寬的信號功率是7GHz。該調(diào)制器將會找出在載波頻率28GHz，邊帶寬度7GHz模擬光纖鏈路的應(yīng)用。五 結(jié)論我們已經(jīng)證明，一個環(huán)形基本諧振器的行波調(diào)制器帶通操作被用于電光聚合物AJL 8/APC。調(diào)制器清楚地表明由于光學(xué)共振調(diào)制

15、作用增強。行波電極的使用，使得大約28GHz的高效調(diào)制有可能實現(xiàn)，使用頻率7GHz邊帶寬度3dB的FSR諧振器。環(huán)形行波調(diào)制器可以顯示高調(diào)制效率圍繞FSR全部倍數(shù)的頻率，與行波MZ調(diào)制器【9】相比在速度不匹配和微波電機損失方面環(huán)形行波調(diào)制器有更好的耐受性，因此在微波和毫米波模擬光纖鏈路中，是更好的電/光傳感器。該調(diào)制器也可以找到其他微波毫米波光子學(xué)應(yīng)用，例如計量系統(tǒng)【16】鋸齒 generations 【17】，【18】，脈沖 generations 【19】。參考【1】T. Kawanishi, S. Oikawa, K. Higuma, Y. Matsuo, and M. Izutsu,

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